郭懷懷 ,于曉芳,2** ,高聚林,2** ,馬達靈,2 ,胡樹平 ,王利青

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 呼和浩特 010019;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)作物栽培與遺傳改良重點實驗室 呼和浩特 010019;3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學職業(yè)技術學院 土默特右旗 014109)

玉米(Zea maysL.)作為我國第一大糧食作物,產(chǎn)量位居國內(nèi)三大糧食作物之首,對中國糧食產(chǎn)量的貢獻率超過80%[1]。因此,玉米生產(chǎn)對保障我國糧食安全具有戰(zhàn)略意義。當前,玉米產(chǎn)業(yè)面臨著轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構,從單純追求高產(chǎn)向產(chǎn)量、質(zhì)量和效益并重的方向發(fā)展;玉米生產(chǎn)面臨著從小農(nóng)戶分散經(jīng)營向規(guī)?；?、程序化、集約化方式的轉(zhuǎn)變[2-5]。然而,當前我國玉米收獲仍以機械穗收為主,機械直接粒收的比例尚未達到玉米總種植面積的10%[6-8],嚴重制約著玉米產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和競爭力的提升,成為玉米全程機械化發(fā)展的瓶頸[8]。有研究表明,適宜機械化籽粒直收的籽粒含水率應在18%～25%[3],而中國北方玉米種植區(qū)玉米收獲時籽粒含水量在30%～40%[9-12],收獲時籽粒含水率是制約機械化籽粒直收的核心問題。

在保證玉米產(chǎn)量不降低的前提下,實現(xiàn)機械籽粒直收就必須充分協(xié)調(diào)品種、栽培措施和籽粒含水率等相關性狀之間的關系[13-15]。不同品種的籽粒含水率隨基因型的不同存在差異[16-17],前人研究表明,黃淮海區(qū)主推夏播玉米品種中,‘京農(nóng)科728’ ‘先玉335’ ‘MC703’等屬于籽粒脫水快的品種,‘NK815’ ‘登海605’ ‘鄭單958’等為籽粒脫水慢的品種[18]。劉艷秋等[19]研究表明,2000 年以后審定品種的穗軸、苞葉和籽粒的含水率均高于老品種(1970s—1990s),老品種的穗軸脫水速率明顯快于新品種,籽粒、苞葉脫水速率在不同年代品種之間并無明顯差異。穗部性狀作為品種固有特征,對籽粒脫水特性有直接或間接的影響,苞葉含水率較高時不利于籽粒脫水[20-22],籽粒脫水速率與苞葉脫水速率、穗軸脫水速率正相關[23-24];而穗柄只是果穗與莖稈的連接器官[25],與籽粒含水率變化無顯著相關性[26],對籽粒脫水影響不大。不同栽培措施會影響玉米籽粒含水率和脫水速率,采取適宜的栽培措施也是解決當前收獲時籽粒含水率偏高的有效手段。Farnham[27]發(fā)現(xiàn),籽粒含水率在窄行距(38 cm)栽培條件下明顯低于寬行距(76 cm)栽培;Widdicombe 等[28]研究表明,籽粒脫水速率隨行距的減小而略有增加;劉亞楠等[29]、王榮煥等[30]和夏來坤等[31]也發(fā)現(xiàn),在6.0 萬～9.5 萬株·hm-2密度范圍內(nèi),隨種植密度增加,機收時籽粒含水率呈降低趨勢;而Gu 等[32]、姜宇鵬[33]、許海濤等[34]則發(fā)現(xiàn),在4.5 萬～7.5 萬株·hm-2密度范圍內(nèi)隨群體密度的增加,籽粒含水率下降,脫水速率呈上升趨勢。此外,張博文[35]和于曉芳等[36]研究表明,連續(xù)深松處理較旋耕不但可以提高玉米果穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重,而且可以降低收獲時玉米籽粒含水率,促進增產(chǎn)。

深松是一項保護性耕作措施,可以打破犁底層、改良土壤理化性質(zhì)、培肥地力,通過深松耕作可以改變玉米地上和地下生長環(huán)境,促進其生長發(fā)育,從而提高產(chǎn)量。但深松是否影響玉米籽粒脫水特性,還缺乏更加深入的研究。前人針對深松耕作對玉米籽粒脫水特性的研究片面集中于對收獲期籽粒含水率的影響[35-36]。因此,本試驗在深松耕作條件下,選用品種特性差異較大的5 個年代主栽品種,將籽粒脫水特性細化為生理成熟期和收獲期籽粒含水率、生理成熟前和生理成熟后籽粒脫水速率,從而更加深入地研究深松對玉米籽粒脫水特性的影響,明確不同年代玉米品種籽粒脫水特性的差異及其對深松的響應,為機械化籽粒直收的背景下采取深松耕作措施提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018—2019 年在內(nèi)蒙古包頭市土默特右旗中國敕勒川現(xiàn)代農(nóng)業(yè)博覽園(40°28′28″N,110°29′5″E)進行,該區(qū)地處土默川平原,屬大陸性半干旱季風氣候。試驗田土質(zhì)為沙壤土,前茬作物為春玉米,地塊多年常規(guī)淺旋耕作,玉米收獲后,秸稈全部打碎還田。試驗區(qū)0～30 cm 土層土壤基礎肥力見表1,主要土壤物理指標見表2,生育期內(nèi)主要氣象要素見圖1。

表1 2018—2019 年試驗區(qū)基礎肥力Table 1 Soil basic fertility of the experimental area during 2018-2019

表2 2018—2019 年試驗區(qū)不同耕作方式下玉米不同生育期土壤主要物理性狀Table 2 Main soil physical properties at different maize growth stages under different tillage methods in the experimental area during 2018-2019

1.2 試驗設計

2018 年和2019 年試驗設計相同,均采用裂區(qū)試驗設計。耕作方式為主區(qū),設置2 個處理: 淺旋15 cm (RT)和深松35 cm (SS);品種為副區(qū),設置5 個不同年代 品種: 1970s 為‘中 單2 號’(ZD2),1980s 為‘丹玉13’ (DY13),1990s 為‘掖單13’ (YD13),2000s 為‘先玉335’ (XY335),2010s 為‘登海618’ (DH618)。所有處理密度均為7.5 萬株·hm-2,共10 個處理組合,每個處理組合設3 次重復,共計30 個小區(qū),每小區(qū)9 行,行距60 cm,行長6 m,小區(qū)面積36 m2,總面積1080 m2。生育期內(nèi)施純N 225 kg·hm-2、P2O5105 kg·hm-2、K2O 45 kg·hm-2,氮肥按3∶6∶1 的比例分別于拔節(jié)期、大口期、灌漿期隨水追肥,P2O5和K2O 作為基肥一次性施入。淺旋機具為1BX-30 型動力旋轉(zhuǎn)耙旋耕機,牽引動力為約翰迪爾1204 拖拉機,作業(yè)時間為春季播種前;深松機具采用五鏟式深松犁,牽引動力為約翰迪爾1654 拖拉機,作業(yè)時間為春季播種前。生育期內(nèi)共灌水4 次,分別為拔節(jié)期、大口期、吐絲期、灌漿期。其他管理同一般大田。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤基礎肥力

播前在淺旋和深松處理的每個小區(qū),采用“V”型五點取樣法,用土鉆取0～30 cm 土層土壤,用于測定土壤基礎地力。其中,土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定,土壤全氮采用半微量凱氏定氮法測定,土壤堿解氮采用堿解擴散法測定,土壤速效磷采用NaHCO3浸提-分光光度計比色法測定,土壤速效鉀采用火焰光度計法測定,土壤pH 采用電位法測定。

1.3.2 土壤物理指標

于苗期和成熟期,在淺旋和深松處理的每個小區(qū),采用“V”型五點取樣法,按0～15 cm、15～30 cm、30～45 cm 3 個土層嵌入環(huán)刀并采集土樣,用于測定土壤含水量和土壤容重。土壤含水量用烘干減重法測定,土壤容重采用環(huán)刀取原狀土測干容重。土壤緊實度于苗期和成熟期利用土壤緊實度儀(SC900 Soil Compaction Meter)測定,在淺旋和深松處理的每個小區(qū),以“V”型選取五點進行測定,測定土層為0～45 cm,每2.5 cm 為一層。

1.3.3 籽粒脫水特性

于玉米吐絲后15 d 開始調(diào)查取樣,每隔3 d 取樣一次。在每個處理組合的3 個重復小區(qū)內(nèi),每個小區(qū)隨機取1 個果穗,獲得的3 個果穗作為3 次生物學重復。采用烘箱法測定玉米籽粒含水率,取樣后立即脫粒,取中部籽粒100 粒,測鮮重,放入烘箱80 ℃恒溫烘干后稱干重。計算生理成熟期籽粒含水率(MCpm)、收獲期籽粒含水率(MCh)和生理成熟前籽粒脫水速率(GDRbm)、生理成熟后籽粒脫水速率(GDRam)。生理成熟期確定以玉米籽粒黑層出現(xiàn)作為判定標準。收獲期確定以生理成熟期后15 d 作為統(tǒng)一標準。

1.3.4 穗部其他器官脫水特性

取樣時期和取樣方法同1.3.3 節(jié)。采用烘箱法測定各器官籽粒含水率,取樣后完整剝離全部苞葉,取中部穗軸一截和穗底端完整穗柄,分別測定苞葉、穗軸、穗柄鮮重,放入烘箱80 ℃恒溫烘干后稱其干重,分別計算其含水率和脫水速率。

穗部其他器官生理成熟前脫水速率(%·d-1)和生理成熟后脫水速率(%·d-1)計算公式同式(1)和式(2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Microsoft Office 2016 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算;采用SAS 9.4 進行主體效應間方差分析;采用SPSS 20.0 軟件中最小顯著差異法(LSD)和Duncan 方法進行顯著性檢驗,相關分析結(jié)果用Pearson 相關系數(shù)表示;采用Sigmaplot 12.5 和Origin 2021 進行作圖。數(shù)據(jù)分析分為2 個層次。1)品種間差異: 淺旋處理下無任何栽培措施調(diào)控時分析品種間的差異;2)深松與淺旋間差異: 對比分析淺旋和深松處理下不同品種各指標的變化規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松對不同年代玉米品種籽粒含水率變化的影響

在整個脫水過程中,籽粒含水率的下降速度呈現(xiàn)“先快后慢”的變化模式(圖2)。2000s 品種XY335和2010s 品種DH618 的籽粒含水率下降速度明顯快于1970s—1990s 品種(ZD2、DY13 和YD13);吐絲后15～35 d 籽粒含水率迅速下降,35 d 后籽粒含水率下降速度逐漸變緩。

圖2 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種籽粒含水率的動態(tài)變化Fig.2 Dynamics of grain water contents of different maize hybrids from different eras under shallow rotation (RT) and subsoiling(SS) tillage in 2018 and 2019

以2019 年為例,淺旋下,吐絲后15～35 d,1970s—2010s 各品種籽粒含水率的下降量依次為24.08%、20.42%、26.25%、29.56%、29.63%,吐絲后35～91 d各品種籽粒含水率的下降量依次為33.47%、33.43%、30.09%、26.27%、28.30%;深松下,吐絲后15～35 d各品種籽粒含水率的下降量依次為27.83%、24.59%、27.39%、35.21%、31.14%,吐絲后35～91 d 各品種籽粒含水率的下降量依次為31.53%、33.05%、30.36%、24.80%、27.35%。對比淺旋,深松下各品種在吐絲后15～35 d 籽粒含水率的下降量分別增加3.75%、4.17%、1.14%、5.65%、1.51%,吐絲后35～91 d 除1990s 品種外其余品種籽粒含水率的下降量分別依次降低1.94%、0.38%、1.47%、0.95%,而1990s 品種增加0.27%?？梢?深松后吐絲后15～35 d 籽粒含水率下降量高于淺旋,而35～91 d 籽粒含水率的下降量與淺旋相比有所降低,且2000s 品種在吐絲后15～35 d 籽粒含水率的下降量較其余品種更大。說明深松主要通過提升吐絲后15～35 d 籽粒含水率的下降量來促進籽粒脫水,而在吐絲后35～91 d 會有一定的抑制作用。兩年試驗結(jié)果基本一致。

2.2 深松對不同年代玉米品種生理成熟期籽粒含水率的影響

方差分析結(jié)果(表3)表明,生理成熟期籽粒含水率(MCpm)均僅在品種間存在顯著差異,耕作方式以及耕作方式×品種的互作對生理成熟期籽粒含水率的影響不顯著。深松下玉米生理成熟期籽粒含水率(MCpm)在兩年間的變化規(guī)律略有不同。2018 年,淺旋下2000s 和2010s 品種的MCpm 低于其余品種;深松下2000s 和2010s 品種的MCpm 比淺旋分別下降1.47% (P＜0.01)和0.07%,而1970s—1990s 品種分別增加了0.51%、0.17%、1.08%。2019 年,淺旋下1970s、2000s 和2010s 品種的MCpm 顯著低于其余品種(P＜0.05);與淺旋相比,深松使各年代品種的MCpm依次下降0.19%、1.17%、1.81% (P＜0.01)、0.33%、0.09%?？梢园l(fā)現(xiàn),深松耕作對MCpm 的影響較小,兩年間深松后不同品種MCpm 的變化大部分未達到顯著水平。

表3 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種生理成熟期籽粒含水率差異和方差分析Table 3 Difference and variance analysis of grain water contents of different maize hybrids from different eras at physiological maturity satge under shallow rotation (RT) and subsoiling (SS) tillage in 2018 and 2019 %

2.3 深松對不同年代玉米品種收獲期籽粒含水率的影響

方差分析結(jié)果(表4)表明,僅品種對收獲期籽粒含水率(MCh)的影響顯著(P＜0.01),耕作方式以及耕作方式×品種的互作對MCh 的影響不顯著。不同耕作方式下MCh 在兩年間的變化規(guī)律有所不同。2018 年,兩種耕作方式下1970s、2000s 和2010s 品種的MCh 均顯著低于其余品種(P＜0.05);與淺旋相比,深松下1970s—2000s 品種的MCh 表現(xiàn)出一致的降低趨勢,分別下降0.03%、1.00% (P＜0.05)、0.01%、0.27%,而2010s 品種表現(xiàn)出增加趨勢,其增長為0.24%。2019 年,淺旋下2010s 品種的MCh 顯著低于1970s—1990s 品種(P＜0.05),深松下各品種間無顯著差異;與淺旋相比,深松下1970s—1990s 和2010s 品種的MCh 分別下降0.44%、0.87%、1.78%(P＜0.05)和0.22%,而2000s品種增加0.69%?？梢?深松耕作對MCh 的影響較小,兩年間深松后不同品種MCh 的變化大部分未達到顯著水平。

表4 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種收獲期籽粒含水率差異和方差分析Table 4 Difference and variance analysis of grain water contents of different maize hybrids from different eras at harvest stageunder shallow rotation (RT) and subsoiling (SS) tillage in 2018 and 2019 %

2.4 深松對不同年代玉米品種籽粒脫水速率的影響

不同品種籽粒生理成熟前的脫水速率(GDRbm)和生理成熟后(GDRam)的脫水速率不同,2018 年2000s 和2010s 品種和2019 年2010s 品種的GDRbm和GDRam 明顯高于其他品種(圖3)。以2019 年為例,生理成熟前,淺旋下1970s—2010s 各品種籽粒脫水速率 依次為0.88 %·d-1、0.89 %·d-1、0.88 %·d-1、0.91 %·d-1、0.93 %·d-1,深松下 依次為0.90 %·d-1、0.89 %·d-1、0.89 %·d-1、0.92 %·d-1、0.95 %·d-1;1970s—2010s 品種GDRbm 深松比淺旋分別增加0.02 %·d-1、0.00 %·d-1、0.01 %·d-1、0.01 %·d-1、0.02%·d-1。生理成熟后,淺旋下各品種GDRam 依次為0.33 %·d-1、0.38 %·d-1、0.45 %·d-1、0.39 %·d-1、0.43%·d-1,深松下 依次為0.35 %·d-1、0.40 %·d-1、0.41%·d-1、0.37 %·d-1、0.40 %·d-1,1970s—1980s品種GDRam 深松比淺旋分別增加0.02 %·d-1、0.02 %·d-1,1990s—2010s 品種分別降低0.04 %·d-1、0.02 %·d-1、0.03 %·d-1,但差異均未達到顯著水平?？梢?總體上深松后GDRbm 有較小幅度增加,而對GDRam 無顯著影響。兩年試驗結(jié)果基本一致。

圖3 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種生理成熟前后的籽粒脫水速率Fig.3 Grain dehydration rates of different maize hybrids from different eras before and after physiological maturity under shallow rotation (RT) and subsoiling (SS) tillage in 2018 and 2019

2.5 深松對不同年代玉米品種穗部器官脫水特性的影響

2.5.1 苞葉

在整個脫水過程中,苞葉含水率的下降速度呈現(xiàn)“慢-快-慢”的變化模式(圖4)。吐絲后15～43 d 為緩 慢下降期,吐絲 后43～71 d (2018 年)或43～79 d(2019 年)為快速下降期,吐絲后71 d 或79 d 至脫水結(jié)束為平穩(wěn)下降期。不同品種間苞葉含水率下降速度在快速下降期差異最明顯,2000s 和2010s 品種最快,1970s、1990s 品種次之,而1980s 品種苞葉含水率下降速度最慢。

圖4 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種苞葉含水率的動態(tài)變化Fig.4 Dynamics of bract water contents of different maize hybrids from different eras under shallow rotation (RT) and subsoiling(SS) tillage in 2018 and 2019

以2019 年為例,吐絲后15～43 d 淺旋下1970s—2010s 各品種苞葉含水率的下降量依次為11.63%、7.83%、9.24%、14.87%、16.28%,深松下 依次為9.45%、7.01%、7.47%、13.49%、14.98%。與淺旋相比,深松下各品種在吐絲后15～43 d 苞葉含水率下降量分別降低2.18%、0.83%、1.77%、1.38%、1.30%。可見,深松耕作抑制苞葉含水率的下降速度,且深松對1970s 和1990s 品種苞葉含水率下降的抑制作用更強。兩年試驗結(jié)果基本一致。

不同品種苞葉生理成熟前、后脫水速率均存在顯著差異(圖5),2000s 和2010s 品種生理成熟前、后的苞葉脫水速率明顯高于其他品種。以2019 年為例,生理成熟前,1970s—2010s 各品種淺旋下苞葉脫水速率 依次為0.96 %·d-1、0.82 %·d-1、0.84 %·d-1、0.95 %·d-1、0.97 %·d-1,深松下 依次為0.93 %·d-1、0.79 %·d-1、0.81 %·d-1、0.92 %·d-1、0.94 %·d-1,深松比淺旋各品種的苞葉脫水速率均降低0.03 %·d-1。生理成熟后,各品種淺旋下苞葉脫水速率依次為0.94%·d-1、0.84 %·d-1、0.86 %·d-1、0.97 %·d-1、0.99%·d-1,深松下 依次為0.92 %·d-1、0.81 %·d-1、0.85%·d-1、0.95 %·d-1、0.97 %·d-1,深松比淺旋分別降低0.02 %·d-1、0.03 %·d-1、0.01 %·d-1、0.02 %·d-1、0.02%·d-1。由此可見,深松下生理成熟前、后苞葉脫水速率均呈現(xiàn)降低趨勢。兩年試驗結(jié)果基本一致。

圖5 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種生理成熟前后苞葉的脫水速率Fig.5 Bract dehydration rates of different maize hybrids from different eras before and after physiological maturity under shallow rotation (RT) and subsoiling (SS) tillage in 2018 and 2019

2.5.2 穗軸

在整個脫水過程中,穗軸含水率變化總體表現(xiàn)為“先快速下降然后趨于平穩(wěn)”趨勢(圖6)。吐絲后15～43 d 穗軸含水率迅速下降,43 d 后下降速度趨于平穩(wěn)。品種間穗軸含水率下降速度存在明顯差異,且在吐絲后15～43 d 差異最明顯。1970s 和2000s、2010s 品種下 降最快,1980s 品種次 之,而1990s 品種穗軸含水率下降速度最慢。以2019 年為例,1970s—2010s 各品種吐絲后15～43 d 淺旋下穗軸含水率下降量依次為19.32%、15.20%、12.16%、20.58%、19.55%,深松下依次為18.41%、14.23%、11.54%、19.84%、19.24%,深松比淺旋各品種的穗軸含水率下降量分別降低0.91%、0.97%、0.62%、0.74%、0.31%?？梢?深松耕作抑制穗軸含水率的下降。與其他品種相比,深松對1970s 和1980s 品種穗軸含水率下降的抑制作用較強。兩年試驗結(jié)果基本一致。

圖6 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)條件下不同年代玉米品種穗軸含水率的動態(tài)變化Fig.6 Dynamics of ear cob water contents of different maize hybrids from different eras under shallow rotation (RT) and subsoiling(SS) tillage in 2018 and 2019

不同品種穗軸生理成熟前、后脫水速率均存在顯著差異,2000s 和2010s 品種生理成熟前、后的穗軸脫水速率明顯高于其他品種(圖7)。以2019 年為例,生理成熟前,1970s—2010s 各品種淺旋下穗軸脫水速率 依次為0.44 %·d-1、0.41 %·d-1、0.36 %·d-1、0.44 %·d-1、0.47 %·d-1,深松下 依次為0.43 %·d-1、0.39 %·d-1、0.34 %·d-1、0.43 %·d-1、0.46 %·d-1,深松比淺旋分別降低0.01 %·d-1、0.02 %·d-1、0.02 %·d-1、0.01 %·d-1、0.01 %·d-1。生理成熟后,各品種淺旋下穗軸脫水速率依次為0.20 %·d-1、0.18 %·d-1、0.15%·d-1、0.21 %·d-1、0.21 %·d-1,深松下 依次為0.19%·d-1、0.16 %·d-1、0.13 %·d-1、0.19 %·d-1、0.19 %·d-1。深松比淺旋分別降低0.01 %·d-1、0.02 %·d-1、0.02%·d-1、0.02 %·d-1、0.02 %·d-1?？梢?深松下生理成熟前、后穗軸脫水速率均呈現(xiàn)降低趨勢,說明深松對穗軸脫水有抑制作用,但抑制程度較弱。兩年試驗結(jié)果基本一致。

圖7 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種生理成熟前后穗軸的脫水速率Fig.7 Ear cob dehydration rates of different maize hybrids from different eras before and after physiological maturity under shallow rotation (RT) and subsoiling (SS) tillage in 2018 and 2019

2.5.3 穗柄

穗柄含水率在整個脫水過程中“持續(xù)較高”,從脫水開始至結(jié)束僅下降了約6%～10% (圖8)。深松對穗柄含水率的影響沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律,穗柄含水率僅在品種間有明顯差異,但品種間穗柄含水率下降速度在兩年間表現(xiàn)不一致,具體表現(xiàn)為2000s 品種穗柄含水率下降速度在兩年間均較快,2018 年2010s 品種穗柄含水率下降速度較慢,2019 年1990s品種較慢。

圖8 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種穗柄含水率的動態(tài)變化Fig.8 Dynamics of ear stalk water contents of different maize hybrids from different eras under shallow rotation (RT) and subsoiling(SS) tillage in 2018 and 2019

生理成熟前、后穗柄脫水速率在品種間有明顯差異,2000s 品種的生理成熟前穗柄脫水速率明顯高于其他品種,2010s 品種的生理成熟后穗柄脫水明顯高于其他品種(圖9)。以2019 年為例,生理成熟前,1970s—2010s 各品種淺旋下穗柄脫水速率分別為0.11 %·d-1、0.11 %·d-1、0.11 %·d-1、0.12 %·d-1、0.09%·d-1,深松下 分別為0.10 %·d-1、0.10 %·d-1、0.11%·d-1、0.14 %·d-1、0.09 %·d-1,深松比淺旋分別降低0.01 %·d-1、0.01 %·d-1、0.00 %·d-1、-0.02 %·d-1、0.00 %·d-1;生理成熟后,各品種淺旋下穗柄脫水速率分別為0.11 %·d-1、0.10 %·d-1、0.08 %·d-1、0.12%·d-1、0.10 %·d-1,深松下 分別為0.10 %·d-1、0.09%·d-1、0.08 %·d-1、0.13 %·d-1、0.10 %·d-1,深松比淺旋降低0.01 %·d-1、0.01 %·d-1、0.00 %·d-1、-0.01%·d-1、0.00 %·d-1。由此發(fā)現(xiàn),深松后穗柄脫水速率的變化未表現(xiàn)出一致的規(guī)律。

圖9 2018 年和2019 年淺旋(RT)和深松(SS)下不同年代玉米品種生理成熟前后穗柄的脫水速率Fig.9 Ear stalk dehydration rates of different maize hybrids from different eras before and after physiological maturity under shallow rotation (RT) and subsoiling (SS) tillage in 2018 and 2019

2.6 籽粒脫水特性與穗部其他器官脫水特性的關系

2.6.1 籽粒含水率與穗部其他器官含水率的關系

由籽粒含水率與苞葉、穗軸、穗柄含水率的相關分析結(jié)果可知(圖10),籽粒含水率與苞葉含水率(P＜0.01)、穗軸含水率(P＜0.01)、穗柄含水率(P＜0.01)均呈現(xiàn)極顯著正相關關系。

圖10 玉米籽粒含水率與穗部其他器官含水率的相關性Fig.10 Correlation between grain water content and water content of other organs in the ear of maize

2.6.2 籽粒水分指標與穗部其他器官脫水速率的關系

由籽粒水分指標與穗部其他器官脫水速率的相關分析可知(表5),生理成熟期籽粒含水率與生理成熟前、后苞葉脫水速率呈極顯著負相關(P＜0.01),與生理成熟后穗軸脫水速率呈顯著負相關(P＜0.05);收獲期籽粒含水率與生理成熟前苞葉脫水速率呈極顯著負相關(P＜0.01),與生理成熟前、后穗軸脫水速率分別呈極顯著(P＜0.01)和顯著(P＜0.05)負相關;生理成熟前籽粒脫水速率與生理成熟前苞葉脫水速率呈極顯著正相關(P＜0.01),與生理成熟前、后穗軸脫水速率呈極顯著正相關(P＜0.01);生理成熟后籽粒脫水速率與穗部其他器官脫水速率無顯著相關關系;籽粒水分各項指標與生理成熟前、后穗柄脫水速率均無顯著相關關系。

表5 玉米籽粒水分指標與穗部其他器官脫水速率的相關性Table 5 Correlation between grain water indexes and dehydration rates of other organs in the ear of maize

3 討論

3.1 不同年代玉米品種籽粒脫水特性及其對深松的響應

玉米籽粒脫水是一個復雜的生物學過程,玉米生理成熟前籽粒就有脫水現(xiàn)象,也被解釋為與灌漿有關的“生理失水”,且研究認為環(huán)境條件對此階段籽粒脫水的影響較小[37];而生理成熟后籽粒脫水更易受外界環(huán)境條件影響[38-41]。不同年代單交種玉米的籽粒含水率和脫水速率存在差異,近年來單交種生理成熟期和收獲期含水率比早期品種高,早期品種中有脫水較快的品種,而近年來品種除‘先玉335’外脫水速率都很低[31]。與前人研究結(jié)論不同的是,本研究發(fā)現(xiàn),2000s (‘先玉335’)和2010s (‘登海618’)品種的生理成熟前、后籽粒脫水速率明顯高于其他年代品種,2000s 和2010s 品種的生理成熟期和收獲期的籽粒含水率明顯低于其他品種。分析穗部其他器官的脫水特性發(fā)現(xiàn),2000s 和2010s 品種生理成熟前后的苞葉、穗軸脫水速率明顯高于其他品種,而生理成熟期籽粒含水率與生理成熟前后苞葉和生理成熟后穗軸脫水速率顯著負相關,收獲期籽粒含水率與生理成熟前苞葉和生理成熟前后穗軸脫水速率顯著負相關,生理成熟前籽粒脫水速率與生理成熟前苞葉、生理成熟前后穗軸脫水速率顯著正相關。因此,2000s 和2010s 品種能夠保持優(yōu)良脫水特性的重要原因在于其苞葉、穗軸的脫水特性也同樣優(yōu)于其余年代品種。

此外,由于深松對2000s 和2010s 品種的苞葉、穗軸脫水的抑制作用相對較弱,更利于籽粒脫水,使得2000s 和2010s 品種的生理成熟前籽粒脫水速率增加,生理成熟期籽粒含水率兩年間均表現(xiàn)為降低。深松后1970s 和1980s 品種生理成熟后籽粒脫水速率增加,而2000s 和2010s 品種生理成熟后籽粒脫水速率降低,這可能是由于現(xiàn)代品種持綠性較好,而早期品種生理成熟后早衰從而使得早期品種生理成熟后籽粒脫水速率優(yōu)于現(xiàn)代品種。

3.2 深松耕作對籽粒脫水特性的影響

前人研究表明,連續(xù)深松處理[35]和深松耕作[36]可以降低玉米籽粒含水率;而李軼冰等[42]研究發(fā)現(xiàn),耕作方式對籽粒含水率影響不大。本研究表明,與淺旋相比,深松耕作通過提升吐絲后15～35 d 籽粒含水率的下降幅度促進了籽粒脫水,使得深松后生理成熟前籽粒脫水速率有小幅度增加,而對生理成熟后籽粒脫水速率無明顯影響,最終表現(xiàn)為在深松與淺旋兩種耕作方式間籽粒生理成熟期、收獲期籽粒含水率無顯著差異;而深松耕作延緩了苞葉、穗軸含水率的下降速度,導致生理成熟前后苞葉、穗軸脫水速率降低,但延緩作用不顯著,而深松耕作對穗柄含水率和脫水速率無明顯影響。

值得關注的是,已有研究發(fā)現(xiàn),深松耕作可以有效改善土壤質(zhì)量、提高土壤養(yǎng)分含量,并且可以提高根系生長質(zhì)量,優(yōu)化作物冠層結(jié)構,延緩植株衰老,促進作物生長發(fā)育[43-44]。深松耕作可以緩解棒三葉葉綠體衰解,使其在吐絲后18～36 d 內(nèi)有較高的群體葉面積指數(shù)和光合能力,進而達到較高的單株干物質(zhì)積累和灌漿速率,為籽粒建成奠定堅實的基礎[45];此外深松耕作可以改善土壤質(zhì)量、提升土壤肥力,采用深松耕作措施后玉米籽粒含水率達到宜機械化籽粒直收標準所需的時間與淺旋條件下基本一致,但籽粒平均脫水速率有增加趨勢[36]。同時,已有研究證實,籽粒中淀粉的積累變化與水分變化在一定程度上具有一致性,籽粒中水分含量自頂部至底部逐漸降低,而淀粉的合成則自頂部逐漸向底部積累[46],這說明玉米籽粒脫水過程與灌漿過程密切相關,淀粉生物合成的變化也與籽粒含水率和籽粒脫水速率的變化顯著相關,籽粒脫水速率快的玉米品種有著較高的灌漿速率和淀粉含量[47-49],且深松可以提高籽粒平均灌漿速率,增加灌漿早期的籽?？偟矸酆縖50]。因此,深松耕作之所以可以提升吐絲后15～35 d 籽粒含水率的下降幅度,可能是因為深松耕作可以進一步促進籽粒發(fā)育,促進籽粒脫水早期干物質(zhì)積累而產(chǎn)生的結(jié)果,但是這還有待于進一步研究。

4 結(jié)論

不同年代玉米品種籽粒脫水特性存在顯著差異,2000s 和2010s 品種的生理成熟期籽粒含水率明顯低于其余品種,2010s 品種的收獲期籽粒含水率比其余品種明顯降低,而2000s 和2010s 品種的生理成熟前籽粒脫水速率比其余品種明顯增加。與淺旋相比,深松后1970s—2010s 各品種吐絲后15～35 d 籽粒含水率的下降量增加,生理成熟前籽粒脫水速率有較小幅度的增加,而生理成熟后籽粒脫水速率無顯著變化,且深松對生理成熟期和收獲期籽粒含水率的影響均較小。深松下各品種苞葉、穗軸生理成熟前、后脫水速率均降低,而穗柄脫水速率無明顯變化。綜合來看,2000s 和2010s 品種的籽粒脫水特性明顯優(yōu)于其余年代品種,而深松耕作主要通過提升吐絲后15～35 d 籽粒含水率的下降量促進了籽粒脫水,使得深松下生理成熟前籽粒脫水速率有較小幅度的增加,深松后苞葉、穗軸生理成熟前和生理成熟后脫水速率降低,而對生理成熟后籽粒脫水速率、生理成熟期和收獲期籽粒含水率均無顯著影響。